همه ما آشفتگی را با بی‌نظمی و عدم کنترل می‌شناسیم؛ از گردبادهای شدید تا جریان‌های آب در حال جوشیدن، آشوب بخشی جدایی‌ناپذیر از طبیعت است. اما اگر بگوییم که این بی‌نظمی می‌تواند تحت شرایطی نظم بگیرد، چه؟

زمین در زیر پای ما اتفاق‌ای شگفت‌انگیز را در خود نهفته دارد: هسته‌ای که در بین مایعات مذاب می‌چرخد. دانشمندان سال‌ها است تلاش کرده‌اند تا چگونگی این چرخش را فهمیدن کنند، و اکنون آزمایشی که از این اتفاق الهام گرفته شده، به کشف جدیدی در علم فیزیک منجر شده است.

نگاهی تازه به آشفتگی‌های سیال

از قرن‌ها پیش، دانشمندان در تلاش بوده‌اند تا ماهیت آشفتگی‌های سیال را فهمیدن کنند. این اتفاق که در رودخانه‌ها، ابرها و حتی درون زمین رخ می‌دهد، همیشه به گفتن یک معما در علم فیزیک باقی مانده است. اما اکنون تیمی از محققان دانشگاه نیویورک با الهام از چرخش هسته داخلی زمین، آزمایشی طراحی کرده‌اند که مشخص می کند آشفتگی‌های سیال امکان پذیر نظمی نهان داشته باشند. این کشف نه‌تنها فهمیدن ما از فیزیک را تحول می‌دهد، بلکه می‌تواند در عرصه‌های مختلفی از مهندسی گرفته تا زمین‌شناسی، اثرگذار باشد.

راز هسته زمین، چطور فیزیک را منقلب کرد؟

تیمی از فیزیکدانان دانشگاه نیویورک با منفعت گیری از یک محفظه استوانه‌ای پر از آب، آزمایشی طراحی کردند که جریان‌های آشفته را همانند‌سازی کند. این محفظه از پایین گرم شد تا نوعی جریان همرفتی (Rayleigh–Bénard convection) تشکیل شود. اما مسئله دلنشین اینجاست که آنها درون این محفظه یک صفحه مستطیلی را معلق قرار دادند که می‌توانست آزادانه حرکت کند.

نتایج این آزمایش حیرت‌انگیز می بود. برخلاف فکر اولیه که انتظار می‌رفت آشفتگی علتحرکت نامنظم این صفحه شود، دانشمندان فهمید شدند جریان‌های همرفتی علتچرخش صفحه به طور منظم و در دو جهت گوناگون (ساعتگرد و پادساعتگرد) خواهد شد. حتی دلنشین‌تر این که این جهت چرخش می‌توانست در تاثییر آشفتگی ناگهانی تحول کند.

هنگامی آشوب، نظم پدید می‌آورد!

دکتر جون ژانگ، سرپرست این پژوهش، در توضیح این یافته می‌گوید: ما انتظار داشتیم آشفتگی علتحرکت نامنظم شود، اما برعکس، سیستم به نحوه شگفت‌انگیزی به یک الگوی منظم و قابل پیش‌بینی رسید. این یافته می‌تواند پیامدهای مهمی برای فهمیدن نحوه حرکت هسته زمین داشته باشد، جایی که قسمت جامد در بین یک لایه مذاب چرخش می‌کند.

معنی این کشف برای علم و فناوری

این پژوهش مشخص می کند آشفتگی‌ها را می‌توان تا حدی کنترل کرد یا حتی به مسیر مشخصی هدایت نمود. این نوشته در عرصه‌های مختلفی کاربرد دارد:

فهمیدن بهتر از نحوه چرخش هسته زمین و تأثیر آن بر میدان مغناطیسی سیاره. مهندسی و هوافضا: کنترل جریان‌های توربولانسی در موتورهای جت و طراحی بهینه‌تر آنها و فیزیک و دینامیک سیالات: مطالعه حرکت مایعات و گازها در شرایط گوناگون، از آزمایشگاه‌ها تا اتفاق‌های طبیعی.

آیا می‌توان آشفتگی را کنترل کرد؟

این پژوهش مشخص می کند هرچند آشفتگی‌های سیال به نظر اتفاقی و غیرقابل پیش‌بینی می‌رسند، اما در شرایط خاصی می‌توانند نظم اشکار کنند. این یافته نه‌تنها فهمیدن ما از فیزیک را عمیق‌تر می‌کند، بلکه احتمالا روزی بتواند به کنترل بهتر جریان‌های آشفته در محیط‌های صنعتی، جوی و حتی درون زمین پشتیبانی کند.

اما آیا این نخستین قدم به سوی مهار آشوب است؟ این چیزی است که آینده علم به آن جواب خواهد داد.